傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO精密单点定位

针对目前多数低轨道地球卫星(LEO)设计处于初步论证阶段,LEO轨道无法精确获取,轨道误差难以准确表述的问题,提出了一种傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO精密单点定位(PPP)分析方法.该方法根据LEO精密定轨后的轨道误差呈现准周期正弦特性,利用傅里叶级数拟合LEO轨道误差,并仿真生成LEO观测数据...     

低轨卫星导航增强系统半物理仿真平台设计与验证CSCD

低轨道地球卫星(LEO)具有相对地面几何构型变化快、播发信号链路损耗小等优点.随着低轨卫星载荷研制与发射成本的逐渐降低,低轨卫星导航增强技术成为当前卫星导航领域的研究热点.目前国内外的低轨导航增强技术研究均处于起步阶段,没有成熟的低轨卫星导航星座,缺乏有效的低轨导航增强系统的服务性能验证手段.文中开展对低轨导航卫星轨道外推方法、低轨卫星信号捕获跟踪技术的研究,设计构建低轨导航增强系统半物理仿真平台.在仿真平台的基础上对北斗/低轨增强系统组合应用的高精度快速精密定位方法进行验证,实现了精密单点定位(PPP)的快速收敛且具有较高的内符合精度,对于低轨卫星导航增强系统的建设与应用具有一定的科学与工程价值.     

低轨卫星增强北斗三号导航星座性能分析

针对低轨卫星星座有待合理化设计的问题,深入研究了低轨卫星星座增强北斗三号系统定位性能。分析轨道高度、轨道倾角、星座构型对星座覆盖性能的影响,仿真北斗三号、GPS和3种不同类型的低轨星座,研究各低轨星座与北斗三号、GPS的组合系统在所选7个测站以及全球范围内的可见卫星数和PDOP值分布。结果表明低轨卫星对北斗三号的增强效果主要与低轨卫星数目有关,且不同轨道倾角的组合低轨星座有利于均衡系统在全球范围内的可见卫星数与PDOP值分布。低轨卫星有望通过改善卫星观测几何构型提高北斗三号系统的定位性能,且增强效果与低轨星座构型密切相关。     

LEO星座参数对GPS掩星数量和时空分布影响的模拟研究

利用低地球轨道LEO(Low Earth Orbit)卫星上的星载接收机对GPS卫星进行掩星观测反演地球的大气性质,对于气象学和大气研究具有重要意义.与单颗LEO卫星相比,由多个卫星组成的LEO星座观测到的掩星事件在时空分辨率和数量上都有很大的提高.考虑特定的区域,采用数值模拟方法,对不同卫星数和不同星座参数k的玫瑰型星座在一天内所观测的掩星事件的数量和分布进行比较分析,得到相应结论.研究成果对实际发射LEO星座时相关参数的选取具有参考价值.     

Simulation of the impacts of single LEO satellite orbit parameters on the distribution and number of occultation events

Focusing on carrying out GPS occulatation observations with a receiver set on LEO satellite, this paper develops the LEO orbit simulation system based on which the occultation events can be simulated taking into account the geometric relationship of the satellites and the field of view of the receiver antenna. In this paper, the impacts of 4 types of LEO orbit parameters including argument of latitude (AOL), right ascension of ascending node (RAAN), orbit height and orbit inclination on the distribution and number of occultation events observed with a single LEO satellite are discussed through simulation and some conclusions are drawn.     

低轨卫星导航增强星座地基观测仿真系统设计

现阶段整星座低轨卫星观测数据的缺失制约了LEO卫星导航增强研究,针对该问题,本文设计了LEO导航增强星座地基观测仿真系统,构建生成了LEO星座伪距和载波相位观测值的仿真模型;介绍了仿真系统设计流程和架构、仿真地基LEO观测数据;使用RTKLIB进行了标准单点定位（SPP）和精密单点定位（PPP）解算,验证了仿真系统搭建的正确性,以及伪距和载波观测值仿真的正确性。结果表明,相较于只考虑几何距离的地基观测数据,该系统考虑各误差模型后观测数据置信度高,可用于支撑LEO导航增强星座定位研究。     

低轨卫星星载GNSS反射事件模拟分析

基于低轨（low earth orbit,LEO）卫星星载GNSS反射事件的数学判据,分别用BDS、GPS、Galileo、GLONASS和4系统耦合GNSS星座模拟信号源,仿真分析了LEO卫星轨道高度、轨道倾角、下视天线视场角等参量对反射事件数量和时空分布的影响;进而研究了用上述4大GNSS系统进行GNSS反射信号遥感技术（GNSS reflectometry,GNSS-R）探测对接收机通道数量的需求。统计结果表明:LEO卫星轨道越高,天线视场越大,反射事件越多,镜面反射点分布越稠密;轨道倾角越小,反射事件镜面点越趋于赤道地区分布;GNSS-R接收机所需通道数随LEO卫星轨道高度和下视天线视场范围增大而增加;而LEO卫星轨道倾角变化对通道数需求影响不明显。研究结果对GNSS-R低轨卫星系统设计具有一定的理论参考价值。     

不同轨道类型LEO卫星轨道拟合及预报精度研究

低轨道地球卫星(LEO)的精度直接影响到LEO卫星的应用领域,因此研究合适的模型提高LEO卫星轨道插值/预报精度是一项很有意义且必要的工作. 本文详细研究了滑动切比雪夫多项式、克里金算法在不同类型LEO轨道的拟合、预报精度. 结果表明:采用合适的拟合策略,两种算法均能获得毫米级的插值精度;相较于滑动切比雪夫多项式,克里金算法拟合轨道的空间误差分布更为集中,未随着历元变化出现大幅波动. 克里金算法预报轨道的精度低于滑动切比雪夫多项式;采用克里金算法预报60 s,各颗LEO卫星轨道预报的精度在1~2.5 m;采用滑动切比雪夫多项式预报120 s,各颗LEO卫星可获得优于5 m的轨道精度.      

Simulation of the impacts of single LEO satellite orbit parameters on the distribution and number of occultation events

Introduction WithGPSreceiversmountedonLEOsatel lites,GPSoccultationeventscanbeobserved.Theobservablesarevaluableforatmospheric monitoringandweatherforecasting.Whenpre paringtobuildupanLEOsatelliteoccultation observationsystem,theevaluation,designand imple…     

面向精密位置服务的低轨卫星轨道预报精度分析EI北大核心CSCD

LEO卫星精密轨道预报是LEO导航增强系统中重要的技术环节之一,本文使用多种算法来实现不同任务需求下的轨道预报。对于在地面处理系统实现的LEO轨道预报,算法1采用定轨预报同时处理的策略,算法2将离散轨道点进行动力学拟合再进行积分外推。GRACE-C卫星预报5、10、15 min的URE平均精度分别为5.25、5.67、6.25 cm;HY2A卫星为7.83、8.69、9.66 cm;SWARM-A卫星为8.88、9.22、9.63 cm;SWARM-B卫星为8.49、8.98、9.63 cm。对于计算条件受限的LEO星上轨道预报,本文利用单个轨道点及简单动力学模型进行轨道积分外推的算法。该算法主要考虑地球中心引力及非球形引力摄动,因此地球重力场阶次对轨道预报精度产生较大影响。平均高度为500 km的LEO卫星选取60阶重力场,高度为1000 km的LEO卫星选取30阶重力场,可实现预报10 min轨道优于10 cm的预报精度。     

低轨卫星初始状态误差对反演地球重力场的影响

基于动力学法反演地球重力场的基本理论,研究了卫星初始状态向量误差对应用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场的影响。在仅考虑低轨卫星初始状态误差的情况下进行了模拟计算,结果表明:在利用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场时,卫星初始状态向量误差需要重新进行估计;在目前的轨道精度水平下,若不顾及误差方程二次项的影响,反演弧长不宜过长;卫星初始状态速度误差(约1.5mm/s)的影响要大于位置误差(约10 cm)的影响。     

GPS卫星钟差及观测数据采样间隔对LEO卫星定轨精度影响

针对GPS卫星钟差及观测数据间隔对LEO卫星运动学和约化动力学定轨的影响问题进行了分析,并使用CODE（the Center for Orbit Determination in Europe）30 s、5 s间隔GPS卫星钟差分别进行了30 s和10 s间隔观测数据的LEO卫星定轨实验。结果表明,使用5 s间隔卫星钟差（10 s间隔观测数据）相比30 s间隔卫星钟差（30 s间隔观测数据）进行GRACE卫星精密定轨,约化动力学定轨精度提高了16%,运动学定轨精度提高了8.8%;使用30 s间隔卫星钟差和10 s间隔观测数据的定轨精度最低;对于30 s间隔观测数据,使用30 s或5 s间隔卫星钟差的定轨精度基本一致。     

低轨导航增强GNSS发展综述

低轨星座具有地面接收信号强度高、几何图形变化快的优势,能够与中高轨GNSS星座形成互补,对增强GNSS的精度、完好性、连续性和可用性具有显著优势,已成为当前卫星导航领域的关注热点。本文首先简要介绍了现有的GNSS增强系统;总结了国内外低轨导航增强星座发展现状;针对低轨导航增强,对比分析了高中低轨导航星座的优缺点;重点讨论了低轨导航增强在联合定轨、快速精密定位、空间天气监测和室内定位等方面带来的机遇;分析指出了低轨导航增强的空间段、地面段和用户段所面临的挑战。     

小型化LEO星座与BDS-3全星座联合定轨仿真

受限于区域监测站及地球静止轨道(geosynchronous earth orbit, GEO)卫星的静地特性,北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)定轨精度较差,加入低轨卫星(low earth orbit,LEO)星载数据可显著提升定轨精度。使用一种由24颗LEO卫星组成的小型低轨卫星星座,在BDS-3全星座情况下,仿真分析了导航卫星与低轨卫星联合定轨对北斗卫星轨道的提升程度。分别进行仅地面测站定轨、地面测站与LEO联合定轨试验,包含全球均匀、亚太区域、亚海分布3类测站布局。结果表明:(1)仅地面测站定轨时,GEO卫星轨道三维精度在分米量级,加入LEO观测数据后,定轨精度在厘米量级,提升程度达80%以上;(2)区域地面测站时,导航卫星轨道三维精度在分米量级,加入LEO卫星后,所有类型导航卫星定轨精度均提升至数个厘米,提升效果显著;(3)全球均匀测站时,LEO的加入仍然可提升倾斜地球同步轨道/中高轨道卫星定轨精度,提升效果在毫米至厘米量级。     

联合GNSS/LEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估

高精度的电离层模型对于提高导航卫星系统的定位精度具有重要意义.低轨卫星的快速发展为建立高精度的电离层模型提供了新的契机.基于仿真数据模拟获得2017年1月1日-30日LEO (low earth orbit)和GNSS(global navigation satellite system)卫星观测数据,星座类型包括60...     

基于LEO卫星信道的OFDM系统频偏估计算法

针对LEO信道多径衰落的特性，提出了OFDM系统频率偏差估计算法。实验结果表明，本文提出的整数倍频偏估计算法的错误概率低，小数倍频偏估计算法的均方误差小，适用于纠正基于LEO信道的OFDM系统频率偏差。     

地球重力场模型对低轨卫星轨道积分的影响

介绍3种不同的地球重力场模型及其(约化)动力学定轨中所涉及的动力学模型,并基于Collocation轨道积分方法对CHAMP卫星进行数值积分,然后将轨道积分结果与JPL快速精密星历相比较。实验结果表明,由CHAMP卫星SST数据反演生成的EIGEN-2模型引力位系数具有较高的精度,能够满足低轨卫星精密定轨的需要。     

区域监测站与低轨卫星数据联合测定MEO卫星轨道

我国北斗二代系统(BDS)地面运控监测站数量较少且为区域分布,短期内难以实现全球建站,因此对全球运行的中圆地球轨道卫星(MEO)难以形成连续多重覆盖观测,导致BDS的MEO实时轨道精度偏低。基于上述问题,本文考虑到低轨卫星星载GNSS数据可以有效弥补区域监测站在空间覆盖及几何结构上的不足,设计了一种将星载GNSS接收机作为高动态天基监测站,联合地面区域监测站数据对卫星导航系统的MEO卫星轨道进行实时解算预报的方法。算例结果显示:7个区域监测站联合1至3个天基监测站,其定轨精度可分别提升约21%、34%和55%,这也表明,地面区域监测站联合天基低轨卫星数据可有效提高MEO卫星的轨道精度。建议我国BDS在区域测站分布阶段可采用联合低轨卫星数据方法提高北斗MEO卫星实时轨道精度。     

基于RT-PPP的低轨卫星实时高精度时间同步方法

实现低轨导航增强的关键前提是实现低轨星座的整网时间同步,本文针对低轨导航增强系统,提出了一种基于实时精密单点定位(RT-PPP)的低轨卫星高精度时间同步方法,以解决低轨星座实时高精度时间同步的问题. 本文分析了在处理过程中存在的各类误差,介绍了低轨卫星采用状态空间(SSR)改正信息通过精密单点定位(PPP)实现实时高精度时间同步方法的处理流程,将此方法应用于气象、电离层与气候星座观测系统(COSMIC)卫星实测数据的处理,并将该方法与采用广播星历伪距的方法以及事后精密星历的方法进行了比较分析. 结果表明:采用SSR改正信息PPP的方式对2颗COSMIC卫星进行GPS双频观测值的解算,得到的轨道误差的标准差在分米级,钟差误差标准差分别在2.4 ns和2.3 ns左右,可以达到纳秒级. 通过对不同方法解算的结果进行比较可以看出,采用SSR改正信息PPP的方法明显优于采用广播星历伪距方法的解算精度,且与事后精密星历PPP的方法解算精度相当.      

低轨卫星增强BDS单频伪距单点定位

针对单频定位由于成本优势被广泛运用,却无法同时满足较高精度要求的问题,对低轨卫星增强单频定位精度的效果进行了探究。基于卫星工具包软件仿真北斗卫星导航系统与铱星系统观测数据,并结合误差建模实现高低轨卫星联合定位算法,分析不同纬度观测站的定位结果。结果表明,当可见卫星比例(LEO:总体)从5%上升到18%,定位精度改善比从48%提升到80%左右,呈现一定正相关性;误差标准差在U方向上均有大于50%以上减小,在E、N方向则出现大约10%的浮动,总体有改善的趋势。因此,低轨卫星的加入可以有效提高伪距单点定位精度。